(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数の充電可能なデバイスに電力をワイヤレスに提供するように構成された装置であって、
送信コイルを備える送信回路と、なお、前記送信回路は、第１の充電可能なデバイスに電力をワイヤレスに提供するように構成されており、前記送信回路はさらに、共振周波数で共振するように構成され、前記送信回路は、リアクタンスを有し、前記送信回路は、リアクタンス素子を有する、
前記送信回路を駆動するように構成されたドライバ回路と、
あらゆる充電可能なデバイスを位置付ける前に前記ドライバ回路を通じたベースラインの電流レベルを決定し、
前記第１の充電可能なデバイスに電力を送信することに応じて前記共振周波数における第１の変化を示す前記ドライバ回路を通じた電流における第１の変化を検出し、
前記第１の充電可能なデバイスに電力を提供する間に、第２の充電可能なデバイスに電力を送信することに応じて前記共振周波数における第２の変化を示す前記ドライバ回路を通じた電流における第２の変化を検出する
ように構成された検出回路と、
前記第１の充電可能なデバイスに電力を提供する間に前記共振周波数における前記第１の変化に応じて第１の複数のリアクタンス値を通じて前記送信回路の前記リアクタンスを循環し、
前記第１の複数のリアクタンス値で前記ドライバ回路を通じた電流を測定することによってそれぞれの第１の複数の電流値を決定し、
前記共振周波数における前記第１の変化に応じて前記ベースラインの電流レベルおよび前記決定された第１の複数の電流値に基づいて前記第１の複数のリアクタンス値のうちの１つを選択し、前記第１の複数のリアクタンス値のうちの前記選択されたリアクタンス値に前記送信回路の前記リアクタンスを調整し、
前記第１および第２の充電可能なデバイスに電力を提供する間に前記共振周波数における前記第２の変化に応じて第２の複数のリアクタンス値を通じて前記送信回路の前記リアクタンスを循環し、
前記第２の複数のリアクタンス値で前記ドライバ回路を通じた電流を測定することによってそれぞれの第２の複数の電流値を決定し、
前記共振周波数における前記第２の変化に応じて前記ベースラインの電流レベルおよび前記決定された第２の複数の電流値に基づいて前記第２の複数のリアクタンス値のうちの１つを選択し、前記第２の複数のリアクタンス値のうちの前記選択されたリアクタンス値に前記送信回路の前記リアクタンスを調整する
ように構成された同調回路と、
を備える装置。
【請求項２】
前記検出回路は、前記電流における増加の量を検出するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
スイッチは、前記送信コイルの中心タップに位置付けられる、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記送信コイルに誘導的に結合された寄生コイルをさらに備え、前記同調回路は、前記寄生コイルのスイッチを開けるまたは閉じることによって、前記リアクタンスを調整するように構成される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記同調回路は、２つ以上のトランジスタを備え、前記２つ以上のトランジスタは、前記リアクタンス素子と並行であり、前記同調回路は前記２つ以上のトランジスタを有効にすることによって前記送信回路の前記リアクタンスを調整するように構成される、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記送信回路は、負荷に電力を提供するために、受信回路に電力をワイヤレスに提供するように構成され、前記受信回路は、前記共振周波数で共振するように構成される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
ワイヤレス電力送信機を同調する方法であって、
あらゆる充電可能なデバイスを位置付ける前に前記ワイヤレス電力送信機のドライバ回路を通じたベースラインの電流レベルを決定することと、
第１の充電可能なデバイスに電力を送信することに応じて、前記ワイヤレス電力送信機の送信コイルを備える送信回路の共振周波数における第１の変化を示す前記ドライバ回路を通じた電流における第１の変化を検出することと、
前記第１の充電可能なデバイスに電力をワイヤレスに提供する間に、前記共振周波数における前記第１の変化の検出に応じて前記送信回路の同調リアクタンスを調整することと、ここにおいて、前記共振周波数における前記第１の変化の検出に応じて前記同調リアクタンスを調整することは、
第１の複数のリアクタンス値を通じて前記送信回路のリアクタンスを循環することと、
前記第１の複数のリアクタンス値で前記ドライバ回路を通じた前記電流を測定することによってそれぞれの第１の複数の電流値を決定することと、
前記ベースラインの電流レベルおよび前記決定された第１の複数の電流値に基づいて前記第１の複数のリアクタンス値のうちの１つを選択することと、
前記第１の複数のリアクタンス値のうちの前記選択されたリアクタンス値に前記送信回路の前記リアクタンスを調整することと、を備える、
前記第１の充電可能なデバイスに電力を提供する間に、第２の充電可能なデバイスに電力を送信することに応じて、前記共振周波数における第２の変化を示す前記ドライバ回路を通じた電流における第２の変化を検出することと、
前記第１の充電可能なデバイスおよび前記第２の充電可能なデバイスに電力をワイヤレスに提供する間に、前記共振周波数における前記第２の変化の検出に応じて前記送信回路の同調リアクタンスを調整することと、ここにおいて、前記共振周波数における前記第２の変化の検出に応じて前記同調リアクタンスを調整することは、
第２の複数のリアクタンス値を通じて前記送信回路のリアクタンスを循環することと、
前記第２の複数のリアクタンス値で前記ドライバ回路を通じた前記電流を測定することによってそれぞれの第２の複数の電流値を決定することと、
前記ベースラインの電流レベルおよび前記決定された第２の複数の電流値に基づいて前記第２の複数のリアクタンス値のうちの１つを選択することと、
前記第２の複数のリアクタンス値のうちの前記選択されたリアクタンス値に前記送信回路の前記リアクタンスを調整することと、を備える、
を備える方法。
【請求項８】
前記複数のリアクタンスのうちの１つを選択することは、前記電流における増加の量に基づいて選択することを備える、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
スイッチは、前記送信コイルの中心タップに位置付けられる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記送信回路は、リアクタンス素子を備え、前記リアクタンス素子は、キャパシタを備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記同調リアクタンスを調整することは、前記送信コイルに誘導的に結合された寄生コイル回路のスイッチを開けるまたは閉じることを備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記同調リアクタンスを調整することは、２つ以上のトランジスタを有効にすることを備え、前記２つ以上のトランジスタは、前記送信回路の前記リアクタンス素子と並行である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の充電可能なデバイスは、前記送信回路から電力をワイヤレスに受信するように構成された受信回路を備え、前記受信回路は、前記共振周波数で共振するように構成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
１つまたは複数の充電可能なデバイスに電力をワイヤレスに提供するように構成された装置であって、
第１の充電可能なデバイスおよび第２の充電可能なデバイスに電力をワイヤレスに送信するための手段と、なお、前記電力をワイヤレスに送信するための手段は共振周波数で共振するように構成され、前記電力をワイヤレスに送信するための手段はリアクタンスを有する、
電力をワイヤレスに送信するための手段を駆動するための手段と、
あらゆる充電可能なデバイスを位置付ける前に前記駆動するための手段を通じたベースラインの電流レベルを決定するための手段と、
第１の充電可能なデバイスに電力を送信することに応じて前記共振周波数における第１の変化を示す前記駆動するための手段を通じた電流における第１の変化を検出するための手段と、
前記第１の充電可能なデバイスに電力を提供する間に、第２の充電可能なデバイスに電力を送信することに応じて、前記共振周波数における第２の変化を示す前記駆動するための手段を通じた電流における第２の変化を検出するための手段と、
前記第１の充電可能なデバイスに電力をワイヤレスに提供する間に前記共振周波数における前記第１の変化に応じて第１の複数のリアクタンス値を通じて前記電力をワイヤレスに送信するための手段の前記リアクタンスを循環し、
前記第１の複数のリアクタンス値で前記駆動するための手段を通じた電流を測定することによってそれぞれの第１の複数の電流値を決定し、
前記ベースラインの電流レベルおよび前記決定された第１の複数の電流値に基づいて前記第１の複数のリアクタンス値のうちの１つを選択し、前記第１の複数のリアクタンス値のうちの前記選択されたリアクタンス値に前記電力をワイヤレスに送信するための手段の前記リアクタンスを調整し、
前記第１の充電可能なデバイスおよび前記第２の充電可能なデバイスに電力をワイヤレスに提供する間に前記共振周波数における前記第２の変化に応じて第２の複数のリアクタンス値を通じて前記電力をワイヤレスに送信するための手段の前記リアクタンスを循環し、
前記第２の複数のリアクタンス値で前記駆動するための手段を通じた電流を測定することによってそれぞれの第２の複数の電流値を決定し、
前記ベースラインの電流レベルおよび前記決定された第２の複数の電流値に基づいて前記第２の複数のリアクタンス値のうちの１つを選択し、前記第２の複数のリアクタンス値のうちの前記選択されたリアクタンス値に前記電力をワイヤレスに送信するための手段の前記リアクタンスを調整する
ように構成された同調するための手段と、
を備える装置。
【請求項１５】
前記検出するための手段は、前記電流における増加の量を検出するように構成される、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記電力をワイヤレスに送信するための手段に誘導的に結合される、電力をワイヤレスに受動的に中継するための手段さらに備え、前記同調するための手段は、前記電力をワイヤレスに受動的に中継するための手段のスイッチを開けるまたは閉じることによって前記リアクタンスを調整するように構成される、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記電力をワイヤレスに送信するための手段は、リアクタンス素子を備え、前記同調するための手段は、２つ以上のトランジスタを備え、前記２つ以上のトランジスタは、前記リアクタンス素子と並行であり、前記同調するための手段は前記２つ以上のトランジスタを有効にすることによって前記電力をワイヤレスに送信するための手段の前記リアクタンスを調整するように構成される、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記電力をワイヤレスに送信するための手段の中心タップに位置付けられるスイッチをさらに備える、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記電力をワイヤレスに送信するための手段は、送信コイルを備える送信回路を備える、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記リアクタンス素子は、キャパシタを備える、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記検出するための手段は、検出回路を備え、前記同調するための手段は同調回路を備える、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記電力をワイヤレスに受動的に中継するための手段は、寄生コイルを備える寄生コイル回路を備える、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記ワイヤレスに送信するための手段は、負荷に電力を提供するために、ワイヤレスに受信するための手段に電力をワイヤレスに提供するように構成され、前記ワイヤレスに受信するための手段は、前記共振周波数で共振するように構成される、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記ワイヤレスに受信するための手段は、受信コイルを備える受信回路を備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記送信回路は、前記同調回路が前記第１の複数のリアクタンス値に前記送信コイルの前記リアクタンスを調整する前に、タイムアウトの前に前記第１の充電可能なデバイスから逆リンク信号を受信するようにさらに構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項２６】
前記共振周波数における前記第１の変化の検出に応じて前記送信回路の前記同調リアクタンスを調整する前に、タイムアウトの前に前記第１の充電可能なデバイスから逆リンク信号を受信することをさらに備える、請求項７に記載の方法。
【請求項２７】
前記同調するための手段が前記第１の複数のリアクタンス値に前記電力をワイヤレスに送信するための手段の前記リアクタンスを調整する前に、タイムアウトの前に前記第１の充電可能なデバイスから逆リンク信号を受信するための手段をさらに備える、請求項１４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  本開示は、概してワイヤレス電力に関する。より具体的には、本開示は、ワイヤレス電力送信機を同調することを対象としている。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  増加している、様々な電子デバイスが再充電可能なバッテリを介して電力供給されている。そのようなデバイスは、モバイル電話、携帯型音楽プレイヤ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、コンピュータ周辺デバイス、通信デバイス（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）デバイス）、デジタルカメラ、補聴器などを含む。バッテリ技術が向上する一方で、バッテリで電力供給される電気デバイスは、次第により大きな容量の電力を要求および消費する。このように、これらのデバイスは、絶え間なく再充電することを要求する。再充電可能なデバイスは、電力供給装置に物理的に接続される、ケーブルまたは他の類似のコネクタを要求するワイヤード(wired)接続手段を介して頻繁に充電される。ケーブルおよび類似のコネクタは、時により、不便または扱いにくいことがあり、他の欠点を有しうる。再充電可能な電子デバイスを充電するために使用されるべき、自由空間で電力を転送することができるワイヤレス充電システムは、ワイヤード充電ソリューションの欠陥のいくつかを克服することができる。このように、再充電可能な電子デバイスを充電するために電力を効率的かつ安全に転送するワイヤレス充電システムおよび方法が望ましい。
【発明の概要】
【０００３】
[0003]  添付の請求項の範囲内のシステム、方法、およびデバイスの様々なインプリメンテーションがそれぞれ、いくつかの態様を有し、それらのどれも、ここに記述された望ましい属性を単独で担うものではない。添付の請求項の範囲を限定することなく、いくつかの卓越した特徴がここに記述されている。
【０００４】
[0004]  本明細書で記述されている主題の１つまたは複数のインプリメンテーションの詳細は、付随の図面および以下の記述において述べられている。他の特徴、態様、および利点は、記述、図面、および請求項から明らかになる。以下の図面の相対的な寸法が一定の縮尺でないこともあることに留意されたい。
【０００５】
[0005]  本開示の１つの態様は、負荷に電力をワイヤレスに提供するように構成された装置を提供する。装置は、送信コイルを含む送信回路を含む。送信回路は、負荷に電力をワイヤレスに提供するように構成される。送信回路は、共振周波数で共振するようにさらに構成される。送信回路はリアクタンスを有する。装置は、負荷に電力を提供する間に共振周波数における変化を検出するように構成された検出回路をさらに含む。装置は、その変化に基づいてリアクタンスを調整するように構成された同調回路をさらに含む。
【０００６】
[0006]  本開示の別の態様は、ワイヤレス電力送信機を同調する方法のインプリメンテーションを提供している。方法は、第１のデバイスに電力をワイヤレスに提供する間にワイヤレス電力送信機の送信コイルを含む送信回路の共振周波数における変化を検出することを含む。方法は、第１のデバイスに電力をワイヤレスに提供する間に、その検出に基づいて送信回路の同調リアクタンスを調整することをさらに含む。
【０００７】
[0007]  本開示のさらに別の態様は、負荷に電力をワイヤレスに提供するように構成された装置を提供している。装置は、負荷に電力をワイヤレスに送信するための手段を含む。電力をワイヤレスに送信するための手段は、共振周波数で共振するように構成される。電力をワイヤレスに送信するための手段はリアクタンスを有する。装置は、負荷に電力を提供する間に共振周波数における変化を検出するための手段をさらに含む。装置は、その変化に基づいてリアクタンスを調整するように構成された同調するための手段をさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の例示的な実施形態にしたがった、例示的なワイヤレス電力転送システムの機能的なブロック図。
【図２】本発明の様々な例示的な実施形態にしたがった、図１のワイヤレス電力転送システムにおいて使用されうる例示的なコンポーネントの機能的なブロック図。
【図３】本発明の例示的な実施形態にしたがった、送信または受信コイルを含む、図２の、送信回路構成または受信回路構成の一部の概略図。
【図４】本発明の例示的な実施形態にしたがった、図１のワイヤレス電力転送システムにおいて使用されうる送信機の機能的なブロック図。
【図５】本発明の例示的な実施形態にしたがった、図１のワイヤレス電力転送システムにおいて使用されうる受信機の機能的なブロック図。
【図６】図４の送信回路において使用されうる送信回路構成の一部の概略図。
【図７】本発明の例示的な実施形態にしたがった、送信回線および受信回線を含む例示的なワイヤレス電力システムの概略図。
【図８】本発明の例示的な実施形態にしたがった、例示的な同調回路を含む、図７のワイヤレス電力システムの概略図。
【図９Ａ】本発明の例示的な実施形態にしたがった、送信コイルの中心タップに位置する例示的な同調回路を含む、図７のワイヤレス電力システムの概略図。
【図９Ｂ】本発明の例示的な実施形態にしたがった、送信コイルの中心タップに位置する例示的な同調回路を含む、図７のワイヤレス電力システムの概略図。
【図１０Ａ】本発明の例示的な実施形態にしたがった、図８のワイヤレス電力システムにおいて使用されうる様々な動作状態で提示される例示的な同調回路の概略図。
【図１０Ｂ】本発明の例示的な実施形態にしたがった、図８のワイヤレス電力システムにおいて使用されうる様々な動作状態で提示される例示的な同調回路の概略図。
【図１０Ｃ】本発明の例示的な実施形態にしたがった、図８のワイヤレス電力システムにおいて使用されうる様々な動作状態で提示される例示的な同調回路の概略図。
【図１１Ａ】本発明の例示的な実施形態にしたがった、図８のワイヤレス電力システムにおいて使用されうる様々な動作状態で提示される別の例示的な同調回路の概略図。
【図１１Ｂ】本発明の例示的な実施形態にしたがった、図８のワイヤレス電力システムにおいて使用されうる様々な動作状態で提示される別の例示的な同調回路の概略図。
【図１１Ｃ】本発明の例示的な実施形態にしたがった、図８のワイヤレス電力システムにおいて使用されうる様々な動作状態で提示される別の例示的な同調回路の概略図。
【図１２】本発明の例示的な実施形態にしたがった、同調回路を含む例示的な寄生コイル回路および例示的な送信回路の概略図。
【図１３Ａ】本発明の例示的な実施形態にしたがった、図１２のワイヤレス電力システムにおいて使用されうる様々な動作状態で提示される寄生コイル回路内に含まれる例示的な同調回路の概略図。
【図１３Ｂ】本発明の例示的な実施形態にしたがった、図１２のワイヤレス電力システムにおいて使用されうる様々な動作状態で提示される寄生コイル回路内に含まれる例示的な同調回路の概略図。
【図１３Ｃ】本発明の例示的な実施形態にしたがった、図１２のワイヤレス電力システムにおいて使用されうる様々な動作状態で提示される寄生コイル回路内に含まれる例示的な同調回路の概略図。
【図１４】送信回路の共振周波数における変化を検出するための検出回路を含む、送信回路の一部を含む送信機の機能的なブロック図。
【図１５】本発明の例示的な実施形態にしたがった、ワイヤレス電力送信機を同調するための例示的な方法のフローチャート。
【図１６】本発明の例示的な実施形態にしたがった、ワイヤレス電力送信機を同調するための別の例示的な方法のフローチャート。
【図１７】本発明の例示的な実施形態にしたがった、ワイヤレス電力送信機の機能的なブロック図。
【０００９】
[0025]  図面で例示されている様々な特徴は正寸でないことがある。したがって、その様々な特徴のディメンションは、明確性のために任意で拡張または縮小されうる。加えて、図面のいくつかは、所与のシステム、方法、またはデバイスのコンポーネントの全てを描写していないことがある。最後に、明細書および図面を通じて、同一のリファレンス番号は、同一の特徴を示すために使用されうる。
【詳細な説明】
【００１０】
[0026]  添付図面に関連して以下で述べられる詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態の記述として意図され、本発明が実施されうる唯一の実施形態を表すようには意図されない。本明細書の全体にわたって使用される「例示的(exemplary)」という用語は、「例、事例、または例示としての役目をする」を意味し、他の例示的な実施形態に対して必ずしも好ましいまたは有利であると解釈されるべきではない。詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態の徹底的な理解を提供する目的のために指定の詳細を含む。本発明の例示的な実施形態は、これらの指定の詳細なしで実施されうる。いくつかの事例では、周知の構造およびデバイスが、ここに示される例示的な実施形態の新規性を曖昧にすることを避けるために、ブロック図形態で提示される。
【００１１】
[0027]  電力をワイヤレスに転送することは、物理的な電気コンダクタの使用なく、送信機から受信機に、電気フィールド、磁気フィールド、電磁フィールド、または他のものと関連付けられたエネルギーのあらゆる形態を転送する（例えば、電力が自由空間を通じて転送されうる）ことを称しうる。ワイヤレスフィールド（例えば、磁気フィールド）への電力出力が電力転送を達成するために「受信コイル」によって受信、捕捉、または結合されうる。
【００１２】
[0028]  図１は、本発明の例示的な実施形態にしたがった、例示的なワイヤレス電力転送システム１００の機能的なブロック図である。入力電力１０２は、エネルギー転送を提供するためのフィールド１０５を生成するために、電力ソース（図示せず）から送信機１０４に提供されうる。受信機１０８は、フィールド１０５に結合し、出力電力１１０に結合されたデバイス（図示せず）による格納または消費のための出力電力１１０を生成することができる。送信機１０４および受信機１０８の両方は、距離１１２の分だけ隔てられている。１つの例示的な実施形態では、送信機１０４および受信機１０８は、相互共振関係にしたがって構成されている。受信機１０８の共振周波数および送信機１０４の共振周波数が実質的に同じまたは非常に近いとき、送信機１０４と受信機１０８との間の送信損失は最小である。このようにワイヤレス電力転送は、コイルが非常に近い（例えば、ｍｍｓである）ことを要求する大型のコイルを要求しうる純誘導性ソリューション(purely inductive solution)とは反対に、より大きな距離をわたって提供されうる。したがって、共振誘導性結合技法は、様々な距離をわたった、ならびに様々なコイル構成を用いた電力転送、および効率の向上を可能にしうる。
【００１３】
[0029]  受信機１０８は、受信機１０８が送信機１０４によって作り出されるエネルギーフィールド１０５に位置するときに電力を受信することができる。フィールド１０５は、送信機１０４によるエネルギー出力が受信機１０５によって捕捉されうる領域に対応する。いくつかのケースでは、フィールド１０５は、以下でさらに記述されることになるように、送信機１０４の「近距離フィールド」に対応しうる。送信機１０４は、エネルギー送信を出力するための送信コイル１１４を含むことができる。受信機１０８は、エネルギー送信からエネルギーを受信、または捕捉するための受信コイル１１８をさらに含む。近距離フィールドは、送信コイル１１４から電力を最小で放射する送信コイル１１４における電流および充電の結果である強力なリアクタンス性フィールド(reactive field)が存在する領域に対応しうる。いくつかのケースでは、近距離フィールドは送信コイル１１４の約１波長（またはそのフラクション(fraction)）内にある領域に対応しうる。送信および受信コイル１１４および１１８は、それに関連付けられるべきアプリケーションおよびデバイスにしたがってサイズ化される。上で記述されたように、効率的なエネルギー転送は、遠隔フィールドに、電磁波におけるエネルギーのほとんどを伝搬することよりもむしろ、受信コイル１１８に送信コイル１１４のフィールド１０５におけるエネルギーの大部分を結合することによって、生じうる。フィールド１０５内に位置付けられるとき、「結合モード」は送信コイル１１４と受信コイル１１８との間で展開されうる。この結合が生じうる送信および受信コイル１１４および１１８の周りのエリアは、ここでは結合モード領域として称される。
【００１４】
[0030]  図２は、本発明の様々な例示的な実施形態にしたがった、図１のワイヤレス電力転送システム１００において使用されうる例示的なコンポーネントの機能的なブロック図である。送信機２０４は、発振器２２３、ドライバ回路２２４、およびフィルタと適合回路２２６を含むことができる送信回路構成２０６を含むことができる。発振器２２３は、周波数制御信号２２２に応じて調整されうる、４６８．７５ＫＨｚ、６．７８ＭＨｚ、または１３．５６ＭＨｚのような望ましい周波数で信号を生成するように構成されうる。発振器信号は、例えば、送信コイル２１４の共振周波数で、送信コイル２１４を駆動するように構成されたドライバ回路２２４に提供されうる。ドライバ回路２２４は、発振器２２３から方形波を受信し、正弦波を出力するように構成されたスイッチング増幅器でありうる。例えば、ドライバ回路２２４は、クラスＥ増幅器でありうる。フィルタおよび適合回路２２６もまた、高調波、または他の不要な周波数を除去し、送信コイル２１４に送信機２０４のインピーダンスを適合させるように含まれうる。
【００１５】
[0031]  受信機２０８は、図２で提示されているようなバッテリ２３６を充電するように、または受信機１０８に結合されたデバイス（図示せず）に電力供給するように、ＡＣ電力入力からＤＣ電力出力を生成するための、整流器およびスイッチング回路２３４、ならびに適合回路を含むことができる受信回路構成２１０を含むことができる。適合回路２３２は、受信コイル２１８に受信回路構成２１０のインピーダンスを適合させるように含まれうる。受信機２０８および送信機２０４は、加えて、別個の通信チャネル２１９（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）、セルラーなど）上で通信することができる。受信機２０８および送信機２０４は、代わりとして、ワイヤレスフィールド２０６の特性を使用して帯域内シグナリングを介して通信することができる。
【００１６】
[0032]  以下でより完全に記述されるように、最初に選択的に無効になる関連付けられた負荷（例えば、バッテリ２３６）を有する受信機２０８は、送信機２０４によって送信され、受信機２０８によって受信される電力量が、バッテリ２３６を充電するために適切であるかどうかを決定するように構成されうる。さらに、受信機２０８は、電力の量が適切であることを決定する際に、負荷（例えば、バッテリ２３６）を有効にするように構成されうる。いくつかの実施形態では、受信機２０８は、バッテリ２３６の充電なしで、ワイヤレス電力転送フィールドから受信された電力を直接利用するように構成されうる。例えば、近距離無線通信（ＮＦＣ）または無線自動識別装置（ＲＦＩＤ）のような、通信デバイスは、ワイヤレス電力転送フィールドから電力を受信し、ワイヤレス電力転送フィールドと相互動作することによって通信する、および／または送信機２０４または他のデバイスと通信するように受信された電力を利用するように構成されうる。
【００１７】
[0033]  図３は、本発明の例示的な実施形態にしたがった、送信または受信コイル３５２を含む、図２の、送信回路構成２０６または受信回路構成２１０の一部の概略図である。図３で例示されているように、例示的な実施形態で使用される送信または受信回路構成３５０はコイル３５２を含みうる。コイルは、「ループ」アンテナ３５２としても称されうる、または構成されうる。コイル３５２は、「磁気」アンテナまたは誘導コイルとしてもここでは称されうる、または構成されうる。「コイル」という用語は、別の「コイル」に結合するためのエネルギーをワイヤレスに出力または受信しうるコンポーネントを称するように意図される。コイルは、電力をワイヤレスに出力または受信するように構成されるタイプのアンテナとしても称されうる。コイル３５２は、フェライトコア（図示せず）のような、エアコア(air core)または物理コアを含むように構成されうる。エアコアコイル３５２は、コアエリア内の他のコンポーネントの設置を可能にする。エアコアコイルは、外部の物理デバイスのある特定のタイプがコアの近接に設置されるときに、いくらか離調に影響を受けやすいことがある。しかしながらエアコアは、送信コイル２１４（図２）の結合されたモード領域がより強力である、送信コイル２１４（図２）のプレーン内の受信コイル２１８（図２）の設置をより容易に有効にすることができる。
【００１８】
[0034]  示されたように、送信機１０４と受信機１０８との間のエネルギーの効率的な転送は、送信機１０４と受信機１０８との間の適合された、またはほぼ適合されている共振の間に生じうる。しかしながら、送信機１０４と受信機１０８との間の共振が適合されないときでさえ、効率は影響を受けうるけれどもエネルギーは転送されうる。エネルギーの転送は、送信コイルからのエネルギーを自由空間に伝搬するよりもむしろ、このフィールド１０５が確立される近隣に属する受信コイルに送信コイルのフィールド１０５からエネルギーを結合することによって生じる。
【００１９】
[0035]  ループまたは磁気コイルの共振周波数は、インダクタンスおよびキャパシタンスに基づく。インダクタンスは、単にコイル３５２によって創出される単なるインダクタンスであり、一方、キャパシタンスは、望ましい共振周波数で共振構造を創出するようにコイルのインダクタンスに加えられうる。限定されていない例として、キャパシタ３５４およびキャパシタ３５６は、共振周波数で信号３５８を選択する共振回路を創出するために、送信または受信回路構成３５０に加えられうる。したがって、より大きな直径のコイルでは、共振を維持するために必要とされるキャパシタンスのサイズは、ループの直径またはインダクタンスが増加するにつれて減少しうる。さらに、コイルの直径が増加するにつれ、近距離フィールドの効率的なエネルギー転送エリアは増加しうる。他のコンポーネントを使用して形成される他の共振回路もまた可能である。別の限定されていない例として、キャパシタは、コイル３５０の２つの端末の間に並行に設置されうる。送信コイルでは、コイル３５２の共振周波数に実質的に対応する周波数を有する信号３５８は、コイル３５２への入力でありうる。
【００２０】
[0036]  １つの実施形態では、送信機１０４は、送信機コイル１１４の共振周波数に対応する周波数で時間変動磁気フィールドを出力するように構成されうる。受信機がフィールド１０５内にあるとき、時間変動磁気フィールドは、受信コイル１１８における電流を誘導することができる。上で記述されたように、受信コイル１１８が送信コイル１１８の周波数で共振するように構成される場合、エネルギーは効率的に転送されうる。受信コイル１１８で誘導されるＡＣ信号は、負荷に電力供給する、または充電するために提供されうるＤＣ信号を作り出すために上で記述されたように整流されうる。
【００２１】
[0037]  図４は、本発明の例示的な実施形態にしたがった、図１のワイヤレス電力転送システムにおいて使用されうる送信機４０４の機能的なブロック図である。送信機４０４は、送信回路構成４０６および送信コイル４１４を含みうる。送信コイル４１４は、図３で提示されているようなコイル３５２でありうる。送信回路構成４０６は、送信コイル４１４についてのエネルギー（例えば、磁束）の生成に結果としてなる発振信号を提供することによって、送信コイル４１４にＲＦ電力を提供することができる。送信機４０４は、あらゆる適した周波数で動作することができる。例として、送信機４０４は、１３．５６ＭＨｚ  ＩＳＭ帯域で動作することができる。
【００２２】
[0038]  送信回路構成４０６は、送信コイル４１４に送信回路構成４０６のインピーダンス（例えば、５０オーム）を適合するための固定型インピーダンス適合回路４０９、および受信機１０８（図１）に結合されたデバイスの自己電波妨害を防ぐレベルに高調波放射を縮小するように構成されたローパスフィルタ（ＬＰＦ）４０８を含むことができる。他の例示的な実施形態は、他にパスしている間に指定の周波数を減衰させるノッチフィルタに、限定されないが含む異なるフィルタトポロジを含み、コイル４１４への出力電力、またはドライバ回路４２４に引き出されるＤＣ電流のような測定可能な送信メトリックに基づいて変動されうる適用可能なインピーダンス適合を含むことができる。送信回路構成４０６はさらに、発振器４２３によって決定されるようなＲＦ信号を駆動するように構成されたドライバ回路４２４を含む。送信回路構成４０６は、ディスクリートデバイスまたは回路から成り、あるいは代わりとして、一体化アセンブリ(integrated assembly)から成りうる。送信コイル４１４からの例示的なＲＦ電力出力は約２．５ワットでありうる。
【００２３】
[0039]  送信回路構成４０６は、指定の受信機に対する送信位相（またはデューティ―サイクル）の間、発振器４２３を選択的に有効にし、発振器４２３の周波数または位相を調整し、その付属の受信機を通じて近隣のデバイスと相互動作するための通信プロトコルをインプリメントする出力電力レベルを調整するためのコントローラ４１５をさらに含むことができる。コントローラ４１５は、ここではプロセッサ４１５として称されうることに留意されたい。送信パスにおける関連する回路および発振器位相の調整は、特にある周波数から別の周波数に移行するときに、帯域外放射の縮小を可能にすることができる。
【００２４】
[0040]  送信回路構成４０６はさらに、送信コイル４１４によって生成される近距離フィールドの近接にあるアクティブな受信機の存在または不在を検出するための負荷感知回路４１６を含むことをできる。例として、負荷感知回路４１６は、以下でさらに記述されることになるように、送信コイル４１４によって生成されたフィールドの近接にあるアクティブな受信機の存在または不在によって影響を受けうるドライバ回路４２４に流れる電流をモニタリングする。ドライバ回路４２４に対するロードへの変化の検出は、エネルギーを送信するための発振器４２３を有効にするかどうか、ならびにアクティブな受信機と通信するかどうかを決定する際に使用するコントローラ４１５によってモニタリングされる。以下でより完全に記述されるように、ドライバ回路４２４で測定された電流は、無効なデバイスが送信機４０４のワイヤレス電力転送領域内に位置付けられているかどうかを決定するために使用されうる。
【００２５】
[0041]  送信コイル４１４は、リッツ線で、または抵抗損失を低く保つように選択された厚さ、広さ、および金属のタイプを有するアンテナストリップとしてインプリメントされうる。１つのインプリメンテーションでは、送信コイル４１４は、概して、テーブル、マット、ランプ、または他のより携帯型でない（less portable）構成のようなより大きな構造との関連付けのために構成されうる。したがって、送信コイル４１４は、概して、実質的なディメンションの状態であるためには「巻き」を必要としないことがある。送信コイル４１４の例示的なインプリメンテーションは、「電気的に小さく」（つまり、波長のフラクション）であり、共振周波数を定義するためにキャパシタを使用することによってより低い使用可能な周波数で共振するように同調されうる。
【００２６】
[0042]  送信機４０４は、送信機４０４と関連付けられうる受信機デバイスのステータスおよび所在についての情報を収集し、追跡することができる。したがって、送信回路４０６は、（ここでプロセッサとしても称されうる）コントローラ４１５に接続された、存在検出器４８０、密閉型検出器(enclosed detector)４６０、またはそれらの組み合わせを含むことができる。コントローラ４１５は、存在検出器４８０および密閉型検出器４６０からの存在信号に応じてドライバ回路４２４によって搬送される電力の量を調整することができる。送信機４０４は、例えば、ビルに存在する従来のＡＣ電力を変換するためのＡＣ／ＤＣ変換器（図示せず）、送信機４０４に適した電圧に従来のＤＣ電力ソースを変換するためのＤＣ／ＤＣ変換器（図示せず）のような多くの電力ソースを通じて、または直接従来のＤＣ電力ソース（図示せず）から電力を受信することができる。
【００２７】
[0043]  限定されていない例として、存在検出器４８０は、送信機４０４のカバレッジエリアに挿入されている、充電されるべきデバイスの最初の存在を感知するために利用される動き検出器でありうる。検出後、送信機４０４がオンにされ、デバイスによって受信されたＲＦ電力は、予め決められた様式でＲxデバイス上でスイッチを切り替えるために使用されることができ、その結果として、送信機４０４の駆動ポイントのインピーダンスへの変化をもたらす。
【００２８】
[0044]  別の限定されていない例として、存在検出器４８０は、例えば赤外線検出、動き検出、または他の適した手段によって、人間を検出することができる検出器でありうる。いくつかの例示的な実施形態では、送信コイル４１４が指定の周波数で送信することができる電力の量を限定する規定(regulation)が存在しうる。いくつかのケースでは、これらの規定は、電磁放射から人間を守るように意図されている。しかしながら、送信コイル４１４は、例えば、ガレージ、工場のフロア、ショップなどの、人間によって居住されていない、または人間によってほとんど居住されていないエリアに設置されている環境が存在しうる。これらの環境が人間から解放されている場合、通常の電力制限の規定より上に送信コイル４１４の電力出力を増加させることが許容されうる。言い換えれば、コントローラ４１５は、人間の存在に応じて、規定するレベルに、またはそれより低く、送信コイル４１４の電力出力を調整し、人間が送信コイル４１４の電磁フィールドからの規定する距離の外にいるとき、規定するレベルよりも上のレベルに送信コイル４１４の電力出力を調整することができる。
【００２９】
[0045]  限定されていない例として、（ここでは密閉型区分検出器または密閉型空間検出器としても称されうる）密閉型検出器４６０は、いつ囲いが閉じられた、または開いている状態であるかを決定するための感知スイッチのようなデバイスでありうる。送信機が密閉された状態の囲いにあるとき、送信機の電力レベルは増加しうる。
【００３０】
[0046]  例示的な実施形態では、送信機４０４が無期限にとどまり続けない方法が使用されうる。このケースでは、送信機４０４は、ユーザに決定された時間の量の後に遮断するようにプログラミングされうる。この特徴は、送信機４０４、特にドライバ回路４２４がその周りにあるワイヤレスデバイスが完全に充電されたずっと後も稼働ことを防ぐ。このイベントは、デバイスが完全に充電されたという、中継器または受信コイルのどちらかから送られた信号を検出することを回路がし損ねることに起因しうる。別のデバイスがその周りに設置される場合に送信機４０４が自動的にシャットダウンすることを防ぐために、送信機４０４の自動遮断の特徴は、その周りで検出された動きの欠如のある定められた期間の後にのみアクティベートされうる。ユーザは、非アクティブの時間間隔を決定し、望まれる通りにそれを変化させることができる。限定されていない例として、時間間隔は、デバイスが最初に完全に放電されているという前提の下に、指定のタイプのワイヤレスデバイスを完全に充電するために必要とされるものよりも長くありうる。
【００３１】
[0047]  図５は、本発明の例示的な実施形態にしたがった、図１のワイヤレス電力転送システムにおいて使用されうる受信機５０８の機能的なブロック図である。受信機５０８は受信コイル５１８を含むことができる受信回路構成５１０を含む。受信機５０８はさらに、デバイス５５０に、それに受信された電力を提供するために結合する。受信機５０８は、デバイス５５０の外部にあると例示されているけれども、デバイス５５０に一体化されうることは留意されたい。エネルギーは、受信コイル５１８にワイヤレスに伝搬され、その後デバイス５５０に受信回路構成５１０の残りを通じて結合されうる。例として、充電デバイスは、モバイル電話、携帯型音楽プレイヤ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、コンピュータ周辺デバイス、通信デバイス（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈデバイス）、デジタルカメラ、補聴器（他の医療デバイス）などのようなデバイスを含むことができる。
【００３２】
[0048]  受信コイル５１８は、送信コイル４１４（図４）と、同じ周波数で、または指定された範囲内の周波数で共振するように同調されうる。受信コイル５１８は、送信コイル４１４と同様のディメンションにされ、または関連付けられたデバイス５５０のディメンションに基づいて異なってサイズ化にされうる。例として、デバイス５５０は、送信コイル４１４の長さの直径よりも小さい直径のまたは長さのディメンションを有す携帯型電子デバイスでありうる。そのような例では、受信コイル５１８は、同調キャパシタ（図示せず）のキャパシタンス値を縮小、および受信コイルのインピーダンスを増加させるために、複数回の巻きのコイルとしてインプリメントされうる。例として、受信コイル５１８は、コイルの直径を最大にし、受信コイル５１８のループの巻き（つまり、巻線）の数および、巻線間(inter winding)のキャパシタンスを縮小させるために、デバイス５５０の実質的な外周に設置されうる。
【００３３】
[0049]  受信回路構成５１０は、受信コイル５１８へのインピーダンス適合を提供しうる。受信回路構成５１０は、デバイス５５０によって使用するための充電電力に受信されたＲＦエネルギーソースを変換するための電力変換回路構成５０６を含む。電力変換回路構成５０６は、ＲＦ／ＤＣ変換器５２０を含み、ＤＣ／ＤＣ変換器５２２も含みうる。ＲＦ／ＤＣ変換器５２０は、Ｖｒｅｃｔによって表されている出力電圧で、非交流電力に、受信コイル５１８で受信されたＲＦエネルギー信号を整流する。ＤＣ／ＤＣ変換器５２２（または他の電力レギュレータ）は、ＶｏｕｔおよびＩｏｕｔによって表されている出力電圧および出力電流を有するデバイス５５０と互換性があるエネルギー電位（例えば、電圧）に整流されたＲＦエネルギー信号を変換する。様々なＲＦ／ＤＣ変換器は、リニアおよびスイッチング変換器と同様に、部分的および完全な整流器、レギュレータ、ブリッジ、ダブラを含んで考慮される。
【００３４】
[0050]  受信回路構成５１０はさらに、電力変換回路構成５０６に受信コイル５１８を接続するための、または代わりとして、電力変換回路構成５０６を断絶するための、スイッチング回路構成５１２を含むことができる。電力変換回路構成５０６から受信コイル５１８を断絶することは、デバイス５５０の充電を一時中断するだけでなく、送信機４０４（図２）によって「見られる（seen）」ように「負荷」を変化させる。
【００３５】
[0051]  上で開示されたように、送信機４０４は、送信機ドライバ回路４２４に提供されるバイアス電流における増減（fluctuation）を検出することができる負荷感知回路４１６を含む。したがって、送信機４０４は、いつ受信機が送信機の近距離フィールドに存在するかを決定するためのメカニズムを有する。
【００３６】
[0052]  マルチプルな受信機５０８が送信機の近距離フィールドに存在するとき、他の受信機が送信機により効率的に結合することを有効にするために、１つまたは複数の受信機のロードおよびアンロードを時分割することが望ましい。受信機５０８はまた、他の近くの受信機に結合することを削除するために、または近くの送信機にロードすることを縮小するためにクロークされうる(cloak)。受信機の「アンロード」は、ここでは「クローク」としても知られる。さらに、受信機５０８によって制御され、送信機４０４によって検出されるアンロードとロードとの間のこのスイッチングは、以下でより完全に説明されるように、受信機５０８から送信機４０４への通信メカニズムを提供することができる。加えてプロトコルは、受信機５０８から送信機４０４へのメッセージの送出を有効にするスイッチングと関連付けられうる。例として、スイッチングスピードは、約１００μｓｅｃでありうる。
【００３７】
[0053]  例示的な実施形態では、送信機４０４と受信機５０８との間の通信は、従来の２方向通信（つまり、結合フィールドを使用する帯域内シグナリング）よりもむしろ、制御メカニズムを感知および充電するデバイスを称する。言い換えれば、送信機４０４は、エネルギーが近距離フィールドにおいて利用可能かどうかを調整するために送信された信号のオン／オフキーイングを使用することができる。受信機は、送信機４０４からのメッセージとしてエネルギー内のこれらの変化を解釈することができる。受信機側から、受信機５０８が、どの程度の電力がフィールドから受け入れられているかを調整するために、受信コイル５１８の同調および離調を使用することができる。いくつかのケースでは、同調および離調は、スイッチング回路構成５１２を介して成し遂げられうる。送信機４０４は、フィールドから使用される電力におけるこの差異を検出し、受信機５０８からのメッセージとしてこれらの変化を解釈することができる。送信電力の変調およびロード挙動の他の形態が利用されうることは留意されたい。
【００３８】
[0054]  受信回路構成５１０は、送信機から受信機への情報のシグナリングに対応しうる受信されたエネルギー増減を識別するように使用されるビーコン回路構成５１４とシグナリング検出器をさらに含むことができる。さらに、シグナリングおよびビーコン回路構成５１４はまた、ワイヤレス充電のための受信回路構成５１０を構成するために、縮小されたＲＦ信号エネルギー（つまり、ビーコン信号）の送信を検出し、受信回路構成５１０内の電力を持たない(unpowered)か、または電力を使い切ったかのいずれかの回路を呼び起こすための名目上の電力に縮小されたＲＦ信号エネルギーを整流するために使用されうる。
【００３９】
[0055]  受信回路構成５１０はさらに、ここで記述されるスイッチング回路構成５１２の制御を含む、ここで記述される受信機５０８のプロセスを整合するためのプロセス５１６を含む。受信機５０８のクロークは、デバイス５５０に充電電力を提供する外部のワイヤード充電ソース（例えば、壁面／ＵＳＢの電源）の検出を含む、他のイベントの発生の際に生じうる。受信機のクロークを制御することに加えてプロセッサ５１６はまた、ビーコン状態を決定し、送信機４０４から送られるメッセージを抽出するためのビーコン回路構成５１４をモニタリングすることができる。プロセッサ５１６はまた、パフォーマンスの向上のためにＤＣ／ＤＣ変換器５２２を調整することもできる。
【００４０】
[0056]  図６は、図４の送信回路構成４０６において使用されうる送信回路構成６０６の一部の概略図である。送信回路構成６０６は、図４において上で記述されたようなドライバ回路６２４を含むことができる。上で記述されたように、ドライバ回路６２４は、方形波を受信し、送信回路６５０に提供されるべき正弦波を出力するように構成されうるスイッチング増幅器でありうる。いくつかのケースでは、ドライバ回路６２４は増幅回路として称されうる。ドライバ回路６２４は、クラスＥの増幅器として提示されている。しかしながらあらゆる適したドライバ回路６２４が本発明の実施形態にしたがって使用されうる。ドライバ回路６２４は、図４において提示されるような発振器４２３からの入力信号６０２によって駆動されうる。ドライバ回路６２４はまた、送信回路６５０を通じて搬送されうる最大電力を制御するように構成される駆動電圧ＶＤを提供されうる。高調波を削除または縮小するために、送信回路構成６０６はフィルタ回路６２６を含むことができる。フィルタ回路６２６は、３つのポール（キャパシタ６３４、インダクタ６３２、およびキャパシタ６３６）のローバスフィルタ回路６２６でありうる。
【００４１】
[0057]  フィルタ回路６２６によって出力される信号は、コイル６１４を備える送信回路６５０に提供されうる。送信回路６５０は、（例えば、コイルのインダクタンスまたはキャパシタンスに、または追加のキャパシタコンポーネントに起因しうる）ドライバ回路６２４によって提供されるフィルタリングされた信号の周波数で共振しうるキャパシタンス６２０およびインダクタンスを有する一連の共振回路を含むことができる。送信回路６５０の負荷は、可変抵抗器６２２によって表されうる。負荷は、送信回路６５０から電力を受信するように位置付けられたワイヤレス電力受信機５０８の機能でありうる。
【００４２】
[0058]  ここで記述されるように、本発明の様々な例示的な実施形態は、送信機４０４（図４）の送信回路構成の送信回路６５０の共振周波数を同調するためのシステム、デバイス、および方法に関する。１つの例示的な実施形態にしたがって、送信回路６５０は、望ましい周波数に送信機の共振周波数を同調するための１つまたは複数のリアクタンス素子を選択的に含むように構成されうる。さらに、別の例示的な実施形態にしたがって、送信回路６５０は、望ましい周波数に送信回路６５０の共振回路を同調するための送信機４０４の一部でありうる１つまたは複数の寄生コイル（図示せず）と誘導的に結合することができる。また別の例示的な実施形態にしたがって、送信回路６５０は、１つまたは複数の寄生コイルと結合することができ、ここにおいて１つまたは複数の寄生コイル（図示せず）が、望ましい周波数に送信機４０４の共振周波数を同調するための、１つまたは複数のリアクタンス素子を含むことができる。加えて、別の例示的な実施形態にしたがって、送信回路構成６０６のドライバ回路６２４のＤＣ電流が、ワイヤレス電力システムの共振周波数のコンディションを感知するために使用されうる。
【００４３】
[0059]  図７は、本発明の例示的な実施形態にしたがった、送信回路７５０および受信回路７６０を含む例示的なワイヤレス電力システム７００の概略図である。送信回路７５０は、インダクタンスＬ１を有する送信コイル７１４を含む。抵抗器Ｒ１は、送信回路７５０の寄生抵抗を表す。（いくつかの実施形態では、送信コイル７１４のキャパシタンスであることができる）キャパシタＣ１は、共振適合の目的で、送信回路７５０を同調するように含まれ、使用されうる。ほんの一例として、キャパシタＣ１は、２７．８ｐＦのキャパシタンスを備え、送信コイル７１４は、５μＨのインダクタンスＬ１を有し、寄生抵抗Ｒ１は５オームでありうる。受信回路７６０は、インダクタンスＬ２および寄生抵抗（つまり抵抗器Ｒ２）を有する受信コイル７１８を含む。受信コイル７１８は、抵抗器ＲＬによって表される、負荷に結合されうる受信回路７６０のキャパシタＣ２によって同調されうる。ほんの一例として、キャパシタＣ２は、２７．８ｐＦのキャパシタンスを備え、受信コイル７１８は、５μＨのインダクタンスＬ２を有し、寄生抵抗Ｒ２は５オームでありうる。送信回路７５０を駆動するように使用される信号の周波数は、１３．５６ＭＨｚでありうる。上で記述されたように、送信回路７５０および受信回路７５０は、特定の周波数で共振するように構成されうる。以下の式１は、共振でのキャパシタンスＣ１とインダクタンスＬ１との周波数および値の間の関係を提示している。
【数１】
0005813860.tif 000002
【００４４】
ここにおいて、ωは弧度における周波数である。送信コイル７１４に示されるインピーダンス（Ｚｉｎ）は、以下の式２によって与えられうる。
【数２】
0005813860.tif 000003
【００４５】
ここにおいて、Ｍは送信コイル７１４と受信コイル７１８との間の相互インダクタンスであり、ωは弧度における周波数であり、ＲＬは負荷である。
【００４６】
[0060]  電力を転送する間、様々な動作コンディションが、送信回路７５０が特定の動作周波数で共振することを防ぎうる。例えば、金属オブジェクトの存在および異なる数のワイヤレス電力受信機の存在は、送信コイル７１４に示されるようなインピーダンスを変更し、送信回路７５０の共振周波数を効率的に変化させうる。このケースでは、送信回路７５０を駆動する信号の周波数が不変でありうるので、信号周波数は、送信回路７５０の変更された共振周波数ともはや同じではないことがある。異なる電力要件を有するワイヤレス電力受信機の可変の数の存在は、送信回路７５０に示されるインピーダンスを調整し、送信回路７５０の共振周波数を変更することもできる。ワイヤレスに転送されうる電力の量を低くすること以外には、共振を外れて動作すること(operating off resonance)は、送信回路７５０を駆動するために使用されるドライバ回路６２４の効率を減少させることができる。このことは、システム効率を縮小させ、熱散逸を増加させ、送信機が再充電可能なバッテリをワイヤレスに充電するために使用されるとき、充電時間を増加させることができる。このように、送信回路７５０が共振周波数における変化に関わらず共振しうるように、送信回路７５０のコンポーネントを効率的に、かつ安価に(inexpensively)同調する方法およびシステムが望ましい。
【００４７】
[0061]  図８は、本発明の例示的な実施形態にしたがった、例示的な同調回路８５２を有する、図７のワイヤレス電力システム８００の概略図である。ワイヤレス電力システム８００は、インダクタンスＬ２および抵抗Ｒ２を有する受信コイル８１８を有する受信回路８６０を含む。受信コイル８１８は、特定の周波数で共振するようにキャパシタＣ２によって同調されうる。ワイヤレス電力システム８００はまた、送信コイル８１４を有する送信回路８５０も含む。送信コイル８１４は、インダクタンスＬ１および抵抗Ｒ１を有し、それが特定の周波数で共振しうるようにキャパシタＣ１によって同調されうる。さらに、送信回路８５０は、送信コイル８１４と基底基準電圧６１７との間に結合されたリアクタンス素子（つまり、キャパシタＣｐ）を含む同調回路８５２を含むことができる。さらに、リアクタンス素子Ｃｐはスイッチ８２０と並行である。「スイッチ」という用語があらゆる適した、かつ既知のスイッチング素子を備えることができることは留意されたい。スイッチ８２０が閉じられている間、リアクタンス素子Ｃｐは短絡され（shorted）、送信回路８５０に示されたインピーダンスに寄与しないことがある。このように、送信コイル８１４に示されたインピーダンス（Ｚｉｎ）は、式２に類似する式３によって与えられうる。
【数３】
0005813860.tif 000004
【００４８】
ここにおいて、Ｍは送信コイル８１４と受信コイル８１８との間の相互インダクタンスであり、ωは弧度における周波数であり、ＲＬは受信機８０８の負荷である。
【００４９】
[0062]  スイッチ８２０が開いているとき、リアクタンス素子Ｃｐは、送信コイル８１４に示されたインピーダンスに寄与し、送信しているコイル（transmitting coil）を調査するインピーダンス（Ｚｉｎ）は式４によって与えられうる。
【数４】
0005813860.tif 000005
【００５０】
ここにおいて、Ｚｉｎｏは、スイッチが式３によって与えられるように閉じられている間送信しているコイルを調査するインピーダンスである。このように、スイッチ８２０を制御することは、同調回路８５２が送信回路８５０に示されたインピーダンスを調整することを可能にする。インピーダンスを調整することは、共振周波数もまた式１によって与えられるように調整されるように共振を調整する（つまり、送信回路８５０にキャパシタンスを加える）。送信回路８５０が、共振から外れていることが検出される場合、スイッチ８２０は、開けられ、調整されたインピーダンスは、望ましい周波数あたりに共振周波数を同調する（つまり、ドライバ回路６２４（図６）の出力で提供される信号の周波数に共振周波数を適合させる）。いくつかのケースでは、均衡のとれた送信コイル８１４構造のために、ならびゲート駆動を向上させるために送信コイル８１４の中心タップにスイッチを位置付けることは有益でありうる。
【００５１】
[0063]  ほんの一例として、送信しているコイルを調査するインピーダンス（Ｚｉｎ）における２パーセント（２％）の変化では、キャパシタＣｐはキャパシタＣ１の値の５０倍に等しく（つまり、Ｃｐ＝５０＊Ｃ１）ありうる。並行にスイッチを有する一連の追加のリアクタンス素子（図示せず）は、リアクタンスが可能な共振周波数の範囲をわたって同調されうるように、追加の同調制御のための同調回路８５２に加えられうる。異なるリアクタンス素子をインおよびアウトに選択的にスイッチングすることは、送信コイル８１４に示されるインピーダンスの広い範囲をわたって望ましい周波数を使用して共振するために、送信回路８５０を微調整することを可能にしうる。
【００５２】
[0064]  図９Ａおよび図９Ｂは、本発明の例示的な実施形態にしたがった、送信コイル９１４の中心タップに位置する例示的な同調回路９５２ａおよび９５２ｂを含む、図７のワイヤレス電力システムの概略図である。図９Ａおよび図９Ｂでは、同調回路９５２ａおよび９５２ｂが、インダクタンスＬ１の半分および寄生抵抗Ｒ１の半分が同調回路９５２ａおよび９５２ｂのどちらか一方の側にあるように設置される。加えて、図８のキャパシタＣ１のキャパシタンスの２倍を有するキャパシタは、均衡のとれた構成のために送信コイル９１４のどちらか一方の側に設置されうる。図９Ａは、スイッチ９２０または中継器と並行のリアクタンス素子Ｃｐを含む同調回路９５２ａを提示している。中継器９０２のリアクタンスは、スイッチが閉じられているとき、リアクタンス素子Ｃｐが効率的に短絡され、送信コイル９１４に示されるインピーダンスに寄与しないように、低くありうる。図９Ｂは、リアクタンス素子Ｃｐと並行のデュアル電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｍ１およびＭ２を含む同調回路９５２ｂを提示している。送信コイル７１４の中心にある仮想接地(virtual ground)は、デュアルＦＥＴ  Ｍ１およびＭ２を使用してスイッチングするとき、共通の基底基準を提供する。以下にさらに記述されることになるように、ＦＥＴ  Ｍ１およびＭ２のドレインソースキャパシタンスが考慮に入れられうる。
【００５３】
[0065]  図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃは、本発明の例示的な実施形態にしたがった、図８のワイヤレス電力システム８００において使用されうる様々な動作状態で提示される例示的な同調回路１０５２の概略図である。図１０Ａは、リアクタンス素子Ｃｐの片側に結合されたドレイン、リアクタンス素子Ｃｐのもう一方の側に結合されたソース、および制御信号１０２２に結合されたゲートを有するトランジスタＭ１を含むスイッチ１０２０を含む同調回路１０５２を提示している。図１０Ｂは、抵抗ＲＤＳがトランジスタＭ１のドレインソース抵抗である閉じられた構成にスイッチ１０２０がある間の同調回路１０５２の部分的概略表現を提示している。図１０Ｃは、トランジスタＭ１のドレインソースキャパシタンスである、キャパシタンスＣＤＳおよびボディダイオードを例示している開かれた構成にスイッチ６２０がある間の同調回路１０５２の部分的概略表現を例示している。例示として、スイッチ６２０のピーク電圧（つまり、トランジスタ）が０．７であり、スイッチ６２０が開いていると、ほんの一例として仮定すると、式５、６、および７は、同調回路１０５２の動作の結果として電圧、電流、および電力を以下のように提示している。
【数５】
0005813860.tif 000006
【数６】
0005813860.tif 000007
【数７】
0005813860.tif 000008
【００５４】
[0066]  トランジスタＭ１のボディダイオードは、より高い電力で伝導することができ、それによりリアクタンス素子Ｃｐがショートされうる。したがって、単一のトランジスタ（つまり単一のＦＥＴ）が、コンポーネントの変数に依存して、より低い電力（例えば、０．０６２５Ｗ）に適応されうる。図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｂにおいて提示されるように、単一のトランジスタ構成がより低い電力システム構成に使用されうる。
【００５５】
[0067]  図１１Ａ、図１１Ｂ、および図１１Ｃは、本発明の例示的な実施形態にしたがった、図８のワイヤレス電力システム８００において使用されうる様々な動作状態で提示される別の例示的な同調回路１１５２の概略図である。図１１Ａは、２つのトランジスタＭ１およびＭ２（例えば、ＦＥＴ）を備える同調回路１１５２を提示している。この同調回路１１５２は、より高い電力を要求しうるシステムのために使用されうる。より具体的には、スイッチ１１２０は、リアクタンス素子Ｃｐの片側に結合されたドレインおよび第２のトランジスタＭ２のソースに結合されたソースを有する第１のトランジスタＭ１を含むことができる。さらに、第２のトランジスタＭ２は、リアクタンス素子Ｃｐのもう一方の側に結合されたドレインを有する。第１のトランジスタＭ１および第２のトランジスタＭ２の各々が制御信号１１５０に結合されたゲートを有する。図１１Ｂは、抵抗２ＲＤＳがトランジスタＭ２のドレインソース抵抗と結合されたトランジスタＭ１のドレインソース抵抗である閉じられた構成にスイッチ１１２０がある（つまり、トランジスタＭ１およびＭ２が両方閉じられている）間の同調回路１１５２の部分的概略表現を例示している。図１１Ｃは、開かれた構成にスイッチ１１２０がある（つまりトランジスタＭ１およびＭ２が両方開いている）間の同調回路１１５２の部分的概略表現を例示している。図９Ｃの概略図は、各トランジスタＭ２およびＭ３に対して１つの、ボディダイオード１１６２および１１６４、ならびに各トランジスタＭ２およびＭ３に対して１つの、２つのドレインソースキャパシタンスＣＤＳを含む。別の例示として、ならびに
【数８】
0005813860.tif 000009
【００５６】
であると仮定すると、式８、９、および１０は、スイッチ１１２０が開かれているときの同調回路１１５２の動作の結果として、電圧、電流、および電力を以下のように提示している。
【数９】
0005813860.tif 000010
【数１０】
0005813860.tif 000011
【数１１】
0005813860.tif 000012
【００５７】
電圧のピークは、依然としてトランジスタのボディダイオードに伝導させることができるが、リアクタンス素子Ｃｐよりもむしろ、キャパシタンスＣＤＳのみがショートされうる。
【００５８】
[0068]  図８を参照すると、いくつかのケースでは、送信回路８５０にリアクタンス素子と共に同調回路８５２を直接的電気的に接続することは困難または望ましくないことがある。１つの実施形態では、送信回路８５０にリアクタンス素子および同調回路を直接的電子的に接続することよりむしろ、同調回路は、送信コイル８１４を含む送信回路８５０と結合するように構成される寄生コイル（例えば、送信コイル８１４または受信コイル８１８から受信または送信されるエネルギーをワイヤレスに再送信／中継することができる受動素子）に設置されることができる。送信回路８５０に誘導的に結合された寄生コイルのリアクタンスを同調することは、送信回路８５０が上で記述されたような望ましい周波数で共振することができるように、送信回路８５０に示されたインピーダンスを調整することができる。
【００５９】
[0069]  図１２は、本発明の例示的な実施形態にしたがった、同調回路１２５２を含む例示的な寄生コイル回路１２７０および例示的な送信回路１２５０の概略図である。寄生コイル回路１２７０は、ワイヤレス電力充電器の送信回路１２５０に関連するあらゆる適した位置（例えば、充電パッドの端に）位置付けられうる。送信回路１２５０は、インダクタンスＬ１および寄生抵抗Ｒ１を有する送信コイル１２１４を含む。送信回路１２５０はキャパシタＣ１によって同調されうる。寄生コイル回路１２７０は、インダクタンスＬＳを有しうる寄生コイル１２７２を含む。寄生コイル回路１２７０は、寄生コイル１２７０が送信回路１２５０の実質的に同じ動作周波数で共振するように構成されるように、選ばれうるキャパシタＣＤＣおよび抵抗ＲＬＳをさらに有する。寄生コイル回路１２７０はさらに、キャパシタＣＤＣと規定電圧７５６との間に結合されたスイッチ１２２０を含む同調回路１２５２をさらに含む。ほんの一例として、キャパシタＣＤＣは１００ｎＦのキャパシタンスを備えることができ、インダクタＬＳは０．４μＨのインダクタンスを有すことができ、抵抗器ＲＬＳは０．２オーム以下の抵抗を有することができる。いくつかの実施形態では、スイッチ１２２０が１つまたは複数のトランジスタを備えることができる。スイッチ１２２０が閉じられているとき、ショートが形成され、送信回路１２５０に示されるインピーダンスは式１１によって以下のように与えられうる。
【数１２】
0005813860.tif 000013
【００６０】
ここにおいて、ＭＳは送信コイル１２１４と寄生コイル１２７２との間の相互インダクタンスであり、ωは弧度における周波数であり、ＲＳ１はスイッチ１２２０の抵抗である。スイッチ１２２０が開いているとき、ＣＤＣのみが寄生コイル回路１２７０に留まり、送信回路１２５０に示されるインピーダンスが式１２によって以下のように与えられうる。
【数１３】
0005813860.tif 000014
【００６１】
ここにおいて、ＸＣＤＳはキャパシタンスＣＤＣの抵抗である。
【００６２】
[0070]  このように、同調回路１２５２を使用することによって、追加のリアクタンスコンポーネントが、送信回路１２５０に示されるインピーダンスを調整するために寄生コイル回路１２７０にスイッチングされうる。追加の寄生キャパシタンスは、送信回路１２５０に示された抵抗の振れの範囲を拡張するためにスイッチ１２２０をわたってインにスイッチングされうる。寄生コイル１２７２は、フィールドの配分が寄生コイル１２７２の追加によって影響を受けないように、それが送信コイル１２１４の最内部の巻線よりも小さくないよう、サイズ化されうる。
【００６３】
[0071]  図１３Ａ、図１３Ｂ、および図１３Ｃは、本発明の例示的な実施形態にしたがった、図１２のワイヤレス電力システム１２００において使用されうる様々な動作状態で提示される寄生コイル回路１３７０内に含まれる別の例示的な同調回路１３５２の概略図である。図１３Ａは、スイッチ１３２０に対するトランジスタＭ１を有する同調回路１３５２を有する、図１２の寄生コイル回路１３７０を提示している。図１３Ｂは、スイッチ１３２０が閉められた構成にある寄生コイル回路１３７０の概略表現を例示している。図１３Ｂで例示されているように、スイッチ１３２０は、キャパシタンスＣＤＳおよび抵抗ＲＤＳを含む。図１３Ｂにおいて提示されている概略図は、ＲＬＳ、ＸＣＤＳ、およびＲＤＳが非常に小さくありうるので短絡されたコイルとして挙動しうる。ＸＣＤＳはＲＤＳによって短絡されうる。図１１Ｃは、スイッチ１３２０が開いている構成にある寄生コイル回路１３７０の概略表現を例示している。図１１Ｃで例示されているように、スイッチ１３２０は、キャパシタンスＣＤＳおよびボディダイオードを含む。図１３Ｃにおいて提示されている概略図は、（例えば、開かれた回路コイルに近づかせるために）大容量性のみの負荷（large capacitive-only load）を伴う単一のダイオードの半波長整流器を有するコイルとして挙動しうる。ボディダイオードはピーク電圧で非常に短い期間伝導し、ＣＤＳのみがとどまるだろう。
【００６４】
[0072]  図１２を参照すると、寄生コイル回路１２７０を有するワイヤレス電力システム１２００は、閉められた構成におけるスイッチ１２２０と最初に同調されうる。したがって、デバイス（例えば、モバイル電話）は送信回路１２５０の充電領域に加えられるので、スイッチ１２２０は、送信回路１２５０の自己インダクタンスを増加させるように開かれうる。
【００６５】
[0073]  上で記述されるように、別の例示的な実施形態では、１つまたは複数の追加のリアクタンス素子（例えば、キャパシタ）が、寄生コイル１２７２が自己共振するために寄生コイル回路１２７０上にまたは中にスイッチングされうる。リアクタンス素子は、図８−１１を参照して上で記述されるように、リアクタンス素子が送信回路１２５０上にどのようにスイッチングされるかに類似する様式で寄生コイル回路１２７０上にまたは中にスイッチングされうる。送信回路１２５０は、そこにスイッチングされた少なくとも１つのリアクタンス素子（図示せず）を有するように構成されている送信コイル１２１４、送信コイル１２１４と誘導的に結合し、そこにスイッチングされた少なくとも１つのリアクタンス素子ＣＤＣを有するように構成された寄生コイル１２７２、またはそれらの組み合わせを含むことができる。
【００６６】
[0074]  図１４は、送信回路１４５０の共振周波数における変化を検出するための検出回路１４８０を含む、送信回路構成１４０６の一部を含む送信機１４０４の機能的なブロック図である。図４に提示されるようなものと類似して、送信回路構成１４０６は、キャパシタＣ１および送信コイル１４１４を含む送信回路１４５０を含む。送信回路１４５０は、上で記述された送信回路のいずれかまたはそれらのあらゆる組み合わせでありうる。送信回路構成１４０６は、フィルタ回路４０８を介して送信回路１４５０を駆動することができるドライバ回路１４２４を駆動する発振器１４２３およびコントローラ１４１５をさらに含む。様々なリアクタンス素子におけるスイッチングをいつ、どのようにすべきかを決定するために、検出回路１４８０は、送信回路１４５０の共振周波数における変化を検出（つまり、共振コンディションを検出）するように使用されうる。
【００６７】
[0075]  １つの実施形態では、検出回路１４８０は、送信回路１４５０の共振周波数における変化を決定するために、ドライバ回路１５２４を通じて電流の量を決定することができる。より具体的には、ワイヤレス電力送信機１４０４の充電領域内にあらゆるデバイスを位置付ける前に、ならびにワイヤレス電力システムのリアクタンスがゼロである間に、ドライバ回路１４２４を通じた電流の量は、共振コンディションで最善のベースラインの電流レベルを決定するために検出開路１４８０を使用して感知されうる。したがって、１つまたは複数のデバイスがワイヤレス電力送信機１４０４の充電領域内に位置付けられる間、ドライバ回路１４２４を通じた電流は、検出回路１４８０によって感知されうる。１つの実施形態では、検出回路１４８０は、電流の量に基づいて共振を調整するために上で記述されるように送信回路１４５０の同調回路１４５２を制御するようにコントローラ１４１５に情報を提供することができる。同調回路１４５２は、上で記述された同調回路のいずれかまたはそれらのあらゆる組み合わせでありうる。このように、送信回路１４５０の共振周波数は、ベースラインの電流と似るように測定された電流を調整し、それによりワイヤレス電力システムのリアクタンスに可能な限り０に近づかせるように、図７−１３を参照して上で記述された例示的な実施形態の１つまたは複数にしたがって調整されうる。
【００６８】
[0076]  １つの実施形態では、検出回路１４８０は、様々なワイヤレス電力受信機（図示せず）に電力を提供する間、ドライバ回路１４２４を通じて電流レベルを絶え間なくモニタリングしうる。電力を継続的に提供する間に測定された電流に基づいて、検出回路１４８０は、送信回路１４５０がもはや共振しておらず、送信回路１４５０のリアクタンスが共振状態に戻るように調整または同調される必要があることを決定しうる。上で記述されたもののような同調回路１４５２は、電流における変化に基づいて、リアクタンスを調整するように使用されうる。
【００６９】
[0077]  図１５は、１つまたは複数のデバイスに電力を継続的に提供する間に使用されうる本願発明の例示的な実施形態にしたがった、ワイヤレス電力送信機１４０４を同調するための例示的な方法１５００のフローチャートである。方法１５００は、デバイスのタイプ（例えば、電力の十分な量を要求しうる「大型」デバイス、または「小型」デバイスのどちらか）を検出し、最大の効率を取得するためにリアクタンス値の間を循環するために、（例えば、検出回路１４８０を使用してドライバ回路１４２４を通じた電流を測定することによって）送信機１４０４で電流を使用することができる。例えば、「大型」デバイスは、モバイル電話のような「小型デバイス」よりも多量の電力を消費しうるタブレットでありうる。ブロック１５０２で、送信機１４０４は、どのデバイスも送信機１４０４から電力を結合していないとき、エネルギーを節約するための低電力のビーコンモードで動作することができる。送信機１４０４から電力をワイヤレスに結合する受信機デバイスに応じて、送信機１４０４は、ブロック１５０４で提示されているような検出回路１４８０を使用して、送信回路構成１４０６を通じて（例えば、ドライバ回路１４２４を通じて）電流の量における増加を検出することができる。決定ブロック１５０６では、検出回路１４８０が、電流における増加がしきい値よりも上かどうかを決定することができる。電流における増加がしきい値よりも上である場合、送信機１４０４は、送信機１４０４がより多量の電力を効率的に提供することができるように動作調整を行うことを要求しうる「大型」デバイスを検出することができる。
【００７０】
[0078]  ブロック１５０８では、「大型」デバイスに関して、送信機１４０４は大型デバイスモードに対してキャパシタをスイッチングするために同調回路１４５２を使用することができる。ブロック１５１０では、送信機１４０４はその後、低電力ビーコンモードからアクティブなワイヤレス電力モードにスイッチングし、より高いレベルの電力を提供することを開始できる。送信機１４０４はまた、受信機５０８を認証および立証するための逆リンクを待つこともできる。決定ブロック１５１２では、送信機１４０４は、有効な逆リンクメッセージがいくらかのタイムアウトの前に受信機５０８から受信されたかどうかを決定することができる。有効なメッセージが受信されなかった場合、送信機１４０４は、低電力ビーコンモードに再び入ることができる。有効なメッセージが受信された場合、ブロック１５１４で送信機１４０４は、電流がいくらかの空パットのベースラインの電流量以下であるかどうかを決定することができる。この電流量は、「大型」デバイスが送信機１４０４からの電力を結合することを止める場合に応じることができる。電流が空パッドのベースラインの電流以下である場合、送信機１４０４は低電力ビーコンモードに再び入ることができる。電流がベースラインの電流量よりも多い場合、送信機１４０４は電力を転送し続け、再び有効な逆リンクメッセージを待つことができる。このため、（すべての無線電力受信機が結合モード領域から取り除かれた場合に）又は以前に有効とされた受信機５０８がもはやリバースリンクメッセージを送信していない場合に、送信機１４０４が、電力が結合されていないことを検出する迄、前記送信機１４０４及び受信機５０８は送信電力リンクを維持するように周期的に通信することができる。
【００７１】
[0079]  電流の増加が、決定ブロック１５０６においてしきい値以下である場合、送信機１４０４は、低電力ビーコンモード、および「小型」受信機デバイスに対するワイヤレスに出力するより高いレベルの電力であることから呼び起こし、ブロック１５１６において提示されているように受信機５０８から逆リンクメッセージを待つことができる。決定ブロック１５１８では、送信機１４０４は、有効な逆リンクメッセージがいくらかのタイムアウト量の前に受信機５０８から受信されたかどうかを決定することができる。どのメッセージも受信されない場合、送信機１４０４は、ブロック１５０２で提示される低電力ビーコンモードに再び入ることができる。有効なメッセージが受信された場合、ブロック１５２０で、送信機１４０４は、異なるキャパシタ値間で循環し、送信回路１４５０のリアクタンスを調整すべき最も効率的なリアクタンス値を選択することができる。例えば、送信機１４０４は、送信回路１４５０のリアクタンス素子をインおよびアウトにスイッチングし、電力転送の最も効率的なレベルを決定するために電流の量を測定するために上記で記述されたような検出回路１４８０および同調回路１４５２を使用することができる。送信機１４０４は、同調回路１４５２を使用して複数のリアクタンス値に送信回路１４５０のリアクタンスを調整することができる。検出回路１４８０は、（例えば、ドライバ回路４２４を通じて）各リアクタンス値に対する電流の量を検出することができる。測定された電流値に基づいて、送信１４０４は、最高の効率に対応する（つまり、リアクタンスコンディションに最も近い）リアクタンスに対応するリアクタンス値のうちの１つを選択することができる。同調回路１４５２はその後、選択されたリアクタンス値に送信コイルのリアクタンスを調整することができる。
【００７２】
[0080]  一度最も効率的な動作リアクタンスが選ばれると、決定ブロック１５２２では、送信機１４０４は、電流が、（例えば、受信機５０８が取り除かれたか、もはや結合電力ではないかを決定するために）空パッドに対する電流に対応するベースラインの電流以下であるかどうかを決定することができる。電流がベースラインの電流以下である場合、送信機１４０４は、受信機が存在しないことを決定し、ブロック１５０２における低電力ビーコンモードに戻ることができる。電流がベースラインの電流よりも多い場合、決定ブロック１５２４で、送信機１４０４は、転送されたまたは受信された電力における変化があるかどうかを決定することができる。この変化は、送信機１４０４、または共振周波数において変化できる他の外部のオブジェクトからエネルギーを結合し始める追加のワイヤレス電力受信機に起因しうる。変化がある場合、送信機１４０４は再び、異なるキャパシタ値間を循環し、ブロック１５２０で提示され、上で記述されたように最も効率的な値を選択することができる。電力に変化がない場合、決定ブロック１５２６では、送信機１４０４が再び、有効な逆リンクメッセージがいくらかのタイムアウトよりも前に受信機５０８から受信されたどうかを決定することができる１５２６。メッセージが受信された場合、送信機１４０４は再び、電流が、空パッドのベースライン以下であるかどうかを決定するなどできる１５２２。有効な逆リンクメッセージが受信されなかった場合、ブロック１５０４では、送信機１４０４は、低電力ビーコンモードに再び入ることができる。したがって方法１５００は、最も効率的な動作状態を達成するために上で記述されるように、同調回路を使用して様々なリアクタンスを通じて循環することによって、継続的に電力を提供する間にリアクタンスを調整する仕方を提供することができる。
【００７３】
[0081]  このように、送信機１４０４は、受信機デバイスが電力を結合または結合することを止める、あるいは他の外部のオブジェクトが共振周波数を変化させるときに電力を継続的に提供する間に望ましい周波数で共振するように、送信回路１４５０のリアクタンスを継続定期に調整することができる。同調回路１４５２および検出回路１４８０は、（送信回路１４５０にリアクタンス素子をインおよびアウトに可変にスイッチングすることによって）異なるリアクタンスを通じて循環し、送信回路１４５０が共振コンディションに最も近く、最適の電力が転送されるリアクタンス値を選択または決定するために対応する電流を検出するように使用されうる。循環した後、同調回路１４５０は、選択されたリアクタンス値にリアクタンスを調整することができる。同調回路１４５２を介してリアクタンスを調整することは、送信コイル１４１４に電気的に接続されるリアクタンス素子と並行であるスイッチを開けるまたは閉じることを含むことができる。スイッチは、送信コイル１４１４の、中心タップに、または中心に位置付けられうる。上で記述されたように、同調回路１４５２は、上で記述されたようなスイッチを有することができる寄生コイル回路（図１４では提示されていない）にありうる。
【００７４】
[0082]  図１６は、ワイヤレス電力送信機１４０４を同調する別の例示的な方法１６００のフローチャートである。ブロック１６０２では、送信機１４０４は、第１のデバイスに電力を提供する間に、送信コイル１４１４を含む送信回路１４５０の共振周波数における変化を検出することができる。共振周波数における変化は、例えば、送信機１４０４からの電力を結合し始める別のワイヤレス電力受信機の導入、または様々な外部のオブジェクトに起因しうる。１つの実施形態では、送信機１４０４は、送信機１４０４のドライバ回路１４２４を通じた電流における変化（例えば、増加）を検出することによって、共振周波数における変化を検出することができる。ブロック１６０４では、送信機１４０４は、第１のデバイスに電力をワイヤレスに提供する間に、検出に基づいて送信回路１４５０の同調リアクタンスを調整することができる。例えば、上で記述された同調回路は、それが望ましい周波数（例えば、ドライバ回路１４２４によって提供される信号の周波数）で共振できるように、送信回路１４５０にキャパシタのようなリアクタンス素子をインにスイッチングするように使用されうる。ブロック１４０４で提示されるように同調リアクタンスを調整することは、複数のリアクタンス値に送信回路１４５０のリアクタンスを調整すること、複数のリアクタンス値でドライバ回路１４２４を通じた電流を測定することによってそれぞれの複数の電流値を決定すること、決定された電流値に基づいて複数のリアクタンス値のうちの１つを選択すること、および選択されたリアクタンス値に送信回路１４５０のリアクタンスを調整することを含むことができる。
【００７５】
[0083]  図１７は、本発明の例示的な実施形態にしたがった、ワイヤレス電力送信機１７００の機能的なブロック図である。ワイヤレス電力送信機１７００は、いくつかのケースでは通信リンク７０８を介して通信できる、図１−１６に関して論じられた様々なアクションのための手段１７０２、１７０４、および１７０６を備える。
【００７６】
[0084]  上で記述された方法の様々な動作は、例えば、様々なハードウェアおよび／またはソフトウェアの、（１つまたは複数の）コンポーネント、回路、および／または（１つまたは複数の）モジュールのような、その動作を実行することができるあらゆる適した手段によって実行されることができる。概して、図面に例示されたいずれの動作も、その動作を実行することができる対応する機能的手段によって実行されることができる。例えば、図１４を参照すると、電力をワイヤレスに送信するための手段は、送信コイル１４１４を含む送信回路１４５０を含むことができる。検出するための手段は、例えばドライバ回路１４２４を通じて電流の量を検出するように構成される検出回路１４８０を含むことができる。同調するための手段は、リアクタンス素子を送信回路１４５０にスイッチングするためのスイッチを備える同調回路を含むことができる。図８を参照すると、電力をワイヤレスに受信するための手段は、受信コイル８１８を含む受信回路８６０を含むことができる。電力をワイヤレスに受動的に中継するための手段は、寄生コイル１２７０を含む寄生コイル回路を含むことができる。
【００７７】
[0085]  当業者は、情報および信号が、様々な異なる技術および技法のいずれかを使用して表されうることを理解するだろう。例えば、上記記述の全体にわたって参照されうるデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁気フィールドまたは磁性粒子、光学フィールドまたは光粒子、あるいはこれらのあらゆる組み合わせによって表されうる。
【００７８】
[0086]  当業者は、ここに開示された例示的な実施形態に関連して説明された様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組み合わせとしてインプリメントされうることをさらに理解するであろう。ハードウェアおよびソフトウェアのこの互換性を明確に例示するために、様々な例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、概してこれらの機能性の観点から上で記述されてきた。このような機能が、ハードウェアとしてインプリメントされるか、あるいはソフトウェアとしてインプリメントされるかは、特定のアプリケーションおよびシステム全体に課せられる設計制約に依存する。当業者は、各特定のアプリケーションに関して、様々な方法で、説明された機能をインプリメントすることができるが、このようなインプリメンテーションの決定は、本発明の例示的な実施形態の範囲からの逸脱を引き起こすと解釈されるべきでない。
【００７９】
[0087]  ここで開示された例示的な実施形態に関連して記述された様々な例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）またはその他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリートゲートまたはトランジスタ論理、ディスクリートハードウェアコンポーネント、あるいはここで記述された機能を実行するように設計されたこれらのあらゆる組み合わせで、インプリメントまたは実行されうる。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサでありうるが、代わりとして、プロセッサは、あらゆる従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシン(state machine)でありうる。プロセッサはまた、例えば、ＤＳＰとマクロプロセッサ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアに連結した１つまたは複数のマイクロプロセッサ、またはその他のそのような構成の組み合わせといったコンピューティングデバイスの組み合わせとしてもインプリメントされうる。
【００８０】
[0088]  ここで開示された例示的な実施形態に関連して説明されたアルゴリズムまたは方法のステップは、直接ハードウェアにおいて、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールにおいて、またはこれら２つの組み合わせにおいて、具現化されうる。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリ、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的プログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、レジスタ（register）、ハードディスク、リムーバルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、あるいは当該技術分野において周知であるその他の形態の記憶媒体において存在しうる。プロセッサが記憶媒体から情報を読み取ったり、記憶媒体に情報を書き込んだりできるように、例示的な記憶媒体はプロセッサに結合されている。代わりとして、記憶媒体は、プロセッサと一体化されうる。プロセッサおよび記憶媒体は、ＡＳＩＣ内に存在しうる。ＡＳＩＣは、ユーザ端末において存在しうる。代わりとして、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末においてディスクリートコンポーネントとして存在しうる。
【００８１】
[0089]  １つまたは複数の例示的な実施形態では、記述された機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらのあらゆる組み合わせでインプリメントされうる。ソフトウェアでインプリメントされた場合、機能は、１つまたは複数の命令またはコードとしてコンピュータ読み取り可能媒体上に記憶されうる、あるいは、１つまたは複数の命令またはコードとしてコンピュータ読み取り可能媒体上に送信されうる。コンピュータ可読媒体は、１つの場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を容易にするあらゆる媒体を含む通信媒体およびコンピュータ記憶媒体の両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされうるあらゆる利用可能な媒体でありうる。限定ではなく、例として、このようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ  ＲＯＭ、あるいはその他の光学ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置またはその他の磁気記憶デバイス、あるいは、命令またはデータ構造の形態で望ましいプログラムコードを搬送または記憶するために使用されることができ、コンピュータによってアクセスされることができるあらゆるその他媒体を備えうる。また、あらゆる接続手段は、コンピュータ可読媒体と適切に呼ばれている。例えば、ソフトウェアが、ウェブサイト、サーバ、または同軸ケーブルや、ファイバ光ケーブルや、ツイストペアや、デジタル加入者線（ＤＳＬ）や、あるいは赤外線、無線、およびマイクロ波のようなワイヤレス技術を使用している他の遠隔ソースから送信された場合、同軸ケーブル、ファイバ光ケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、あるいは赤外線、無線、およびマイクロ波のようなワイヤレス技術は、媒体の定義に含まれる。ここで使用されるようなディスク(diskおよびdisc)は、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザディスク（登録商標）、光ディスク、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク、および、ブルーレイ（登録商標）ディスクを含んでいる。ここで、ディスク(disk)が通常、データを磁気的に再生する一方で、ディスク(disc)はデータをレーザによって光学的に再生する。上記の組み合わせもまた、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。
【００８２】
[0090]  ここで使用される場合、「決定すること」という用語は、幅広いアクションを包含する。例えば、「決定すること」は、計算すること、コンピュータ処理すること、処理すること、得ること、検査すること、ルックアップすること（例えば、テーブル、データベース、または別のデータ構造をルックアップすること）、確認すること、などを含むことができる。また、「決定すること」は、受信すること（例えば、情報を受信すること）、アクセスすること（例えば、メモリ内のデータにアクセスすること）、などを含むことができる。また、「決定すること」は、解決すること、選択すること、選ぶこと、確立すること、などを含むことができる。
【００８３】
[0091]  ここで開示された方法は、記述された方法を達成するための１つまたは複数のステップまたはアクションを備える。方法のステップおよび／またはアクションは、本願の特許請求の範囲から逸脱せずに、互いに置き換えられうる。言い換えれば、ステップまたはアクションの指定の順序が指定されない限り、指定のステップおよび／またはアクションの順序および／または使用は、本願の特許請求の範囲から逸脱せずに変更されることができる。
【００８４】
[0092]  開示された例示的な実施形態の上記記述は、いかなる当業者であっても、本発明を製造または使用することを可能にするように提供される。これらの例示的な実施形態への様々な修正は、当業者にとって容易に明らかであり、ここに定義された一般的な原理は、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用されうる。したがって、本発明は、ここで提示された実施形態に限定されるようには意図されず、ここで開示される原理および新規な特徴と一致する最も広い範囲を与えられることとなる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
負荷に電力をワイヤレスに提供するように構成された装置であって、
送信コイルを備える送信回路と、前記送信回路は、前記負荷に電力をワイヤレスに提供するように構成されており、前記送信回路はさらに、共振周波数で共振するように構成され、前記送信回路は、リアクタンスを有し、
前記負荷に電力を提供する間に前記共振周波数における変化を検出するように構成された検出回路と、
前記変化に基づいて前記リアクタンスを調整するように構成された同調回路と、
を備える装置。
［Ｃ２］
前記送信回路を駆動するように構成されたドライバ回路をさらに備え、前記検出回路は、前記ドライバ回路を通じた電流における変化を検出するように構成され、前記同調回路は、
複数のリアクタンス値に前記送信コイルの前記リアクタンスを調整し、
前記複数のリアクタンス値で前記ドライバ回路を通じた電流を測定することによってそれぞれの複数の電流値を決定し、
決定された電流値に基づいて前記複数のリアクタンス値のうちの１つを選択し、
選択されたリアクタンス値に前記送信コイルの前記リアクタンスを調整する、
ように構成される、Ｃ１に記載の装置。
［Ｃ３］
前記検出回路は、前記電流における増加の量を検出するように構成される、Ｃ２に記載の装置。
［Ｃ４］
前記送信回路は、リアクタンス素子を備え、前記同調回路は、前記リアクタンス素子と並行であるスイッチを備え、前記同調回路は、前記スイッチを開けるまたは閉じることによって、前記送信回路の前記リアクタンスを調整するように構成される、Ｃ１−３のいずれかに記載の装置。
［Ｃ５］
前記スイッチは、前記送信コイルの中心タップに位置付けられる、Ｃ４に記載の装置。
［Ｃ６］
前記リアクタンス素子は、キャパシタを備える、Ｃ４に記載の装置。
［Ｃ７］
前記送信コイルに誘導的に結合された寄生コイルをさらに備え、前記同調回路は、前記寄生コイルのスイッチを開けるまたは閉じることによって、前記リアクタンスを調整するように構成される、Ｃ１−３のいずれかに記載の装置。
［Ｃ８］
ドライバ回路をさらに備え、前記検出回路は、電流の量に基づいて、前記共振周波数における変化を検出するために前記ドライバ回路を通じた前記電流の量を検出するように構成される、Ｃ１−３のいずれかに記載の装置。
［Ｃ９］
前記送信回路は、リアクタンス素子を備え、前記同調回路は、２つ以上のトランジスタを備え、前記２つ以上のトランジスタは、前記リアクタンス素子と並行であり、前記同調回路は前記２つ以上のトランジスタを有効にすることによって前記送信回路の前記リアクタンスを調整するように構成される、Ｃ１−３のいずれかに記載の装置。
［Ｃ１０］
前記送信回路は、前記負荷に電力を提供するために、受信回路に電力をワイヤレスに提供するように構成され、受信機回路は、前記共振周波数で共振するように構成される、Ｃ１−３のいずれかに記載の装置。
［Ｃ１１］
ワイヤレス電力送信機を同調する方法であって、
第１のデバイスに電力をワイヤレスに提供する間に前記ワイヤレス電力送信機の送信コイルを備える送信回路の共振周波数における変化を検出することと、
前記第１のデバイスに電力をワイヤレスに提供する間に、検出に基づいて前記送信回路の同調リアクタンスを調整することと、
を備える、方法。
［Ｃ１２］
前記共振周波数における変化を検出することは、前記ワイヤレス電力送信機のドライバ回路を通じた電流における変化を検出することを備え、前記同調リアクタンスを調整することは、
複数のリアクタンス値に前記送信回路のリアクタンスを調整することと、
前記複数のリアクタンス値で前記ドライバ回路を通じた前記電流を測定することによってそれぞれの複数の電流値を決定することと、
決定された電流値に基づいて前記複数のリアクタンス値のうちの１つを選択することと、
選択されたリアクタンス値に前記送信回路の前記リアクタンスを調整することと、
を備える、Ｃ１１に記載の方法。
［Ｃ１３］
前記複数のリアクタンスのうちの１つを選択することは、前記電流における増加の量に基づいて選択することを備える、Ｃ１２に記載の方法。
［Ｃ１４］
前記同調リアクタンスを調整することは、前記送信回路のリアクタンス素子と並行であるスイッチを開けるまたは閉じることを備える、Ｃ１１−１３のいずれかに記載の方法。
［Ｃ１５］
前記スイッチは、前記送信コイルの中心タップに位置付けられる、Ｃ１４に記載の方法。
［Ｃ１６］
前記リアクタンス素子は、キャパシタを備える、Ｃ１４に記載の方法。
［Ｃ１７］
前記同調リアクタンスを調整することは、前記送信コイルに誘導的に結合された寄生コイル回路のスイッチを開けるまたは閉じることを備える、Ｃ１１−１３のいずれかに記載の方法。
［Ｃ１８］
前記共振周波数における変化を検出することは、ドライバ回路を通じて電流の量を検出することと、前記電流の量に基づいて前記共振周波数における前記変化を検出することと、を備える、Ｃ１１−１３のいずれかに記載の方法。
［Ｃ１９］
前記同調リアクタンスを調整することは、２つ以上のトランジスタを有効にすることを備え、前記２つ以上のトランジスタは、前記送信回路のリアクタンス素子と並行である、Ｃ１１−１３のいずれかに記載の方法。
［Ｃ２０］
前記第１のデバイスは、前記送信回路から電力をワイヤレスに受信するように構成された受信回路を備え、前記受信回路は、前記共振周波数で共振するように構成される、Ｃ１１−１３のいずれかに記載の方法。
［Ｃ２１］
負荷に電力をワイヤレスに提供するように構成された装置であって、
前記負荷に電力をワイヤレスに送信するための手段と、前記電力をワイヤレスに送信するための手段は共振周波数で共振するように構成され、前記電力をワイヤレスに送信するための手段はリアクタンスを有し、
前記負荷に電力を提供する間に前記共振周波数における変化を検出するための手段と、
前記変化に基づいて前記リアクタンスを調整するように構成された同調するための手段と、
を備える装置。
［Ｃ２２］
前記電力をワイヤレスに送信するための手段を駆動するための手段をさらに備え、前記検出するための手段は、前記駆動するための手段を通じた電流における変化を検出するように構成され、前記同調するための手段は、
複数のリアクタンス値に前記電力をワイヤレスに送信するための手段の前記リアクタンスを調整し、
前記複数のリアクタンス値で前記駆動するための手段を通じた電流を測定することによってそれぞれの複数の電流値を決定し、
決定された電流値に基づいて前記複数のリアクタンス値のうちの１つを選択し、
選択されたリアクタンス値に前記電力をワイヤレスに送信するための手段の前記リアクタンスを調整する、
ように構成される、Ｃ２１に記載の装置。
［Ｃ２３］
前記検出するための手段は、前記電流における増加の量を検出するように構成される、Ｃ２２に記載の装置。
［Ｃ２４］
前記電力をワイヤレスに送信するための手段は、リアクタンス素子を備え、前記同調するための手段は、前記リアクタンス素子と並行であるスイッチを備え、前記同調するための手段は、前記スイッチを開けるまたは閉じることによって、前記電力をワイヤレスに送信するための手段の前記リアクタンスを調整するように構成される、Ｃ２１−２３のいずれかに記載の装置。
［Ｃ２５］
前記スイッチは、前記電力をワイヤレスに送信するための手段の中心タップに位置付けられる、Ｃ２４に記載の装置。
［Ｃ２６］
前記リアクタンス素子は、キャパシタを備える、Ｃ２４に記載の装置。
［Ｃ２７］
前記電力をワイヤレスに送信するための手段に誘導的に結合される、電力をワイヤレスに受動的に中継するための手段さらに備え、前記同調するための手段は、前記電力をワイヤレスに受動的に中継するための手段のスイッチを開けるまたは閉じることによって前記リアクタンスを調整するように構成される、Ｃ２１−２３のいずれかに記載の装置。
［Ｃ２８］
駆動するための手段をさらに備え、前記検出するための手段は、電流の量に基づいて、前記共振周波数における変化を検出するために前記駆動するための手段を通じた前記電流の量を検出するように構成される、Ｃ２１−２３のいずれかに記載の装置。
［Ｃ２９］
前記電力をワイヤレスに送信するための手段は、リアクタンス素子を備え、前記同調するための手段は、２つ以上のトランジスタを備え、前記２つ以上のトランジスタは、前記リアクタンス素子と並行であり、前記同調するための手段は前記２つ以上のトランジスタを有効にすることによって前記送信回路の前記リアクタンスを調整するように構成される、Ｃ２１−２３のいずれかに記載の装置。
［Ｃ３０］
前記ワイヤレスに送信するための手段は、前記負荷に電力を提供するために、ワイヤレスに受信するための手段に電力をワイヤレスに提供するように構成され、前記ワイヤレスに受信するための手段は、前記共振周波数で共振するように構成される、Ｃ２１−２３のいずれかに記載の装置。
［Ｃ３１］
前記電力をワイヤレスに送信するための手段は、送信コイルを備える送信回路を備える、Ｃ２１−２３のいずれかに記載の装置。
［Ｃ３２］
前記検出するための手段は、検出回路を備え、前記同調するための手段は同調回路を備える、Ｃ２１−２３のいずれかに記載の装置。
［Ｃ３３］
前記電力をワイヤレスに受動的に中継するための手段は、寄生コイルを備える寄生コイル回路を備える、Ｃ２７に記載の装置。
［Ｃ３４］
前記ワイヤレスに受信するための手段は、受信コイルを備える受信回路を備える、Ｃ３０に記載の装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
0005813860.tif 000031
【図１３Ａ】
0005813860.tif 000032
【図１３Ｂ】
0005813860.tif 000033
【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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